Fluorescent nanodiamonds quantum sensing free radicals in bio-samples

Kwantumdetectie van vrije radicalen in biomonsters

Vrije radicalen spelen een rol bij verscheidende ziekten zoals de ziekte van Huntington (HD) en de ziekte van Alzheimer (AD). Het in kaart brengen, identificeren en kwantificeren van de radicalen kan bijdragen bij de diagnose van deze ziekten. Door alle voordelen van diamantpartikels maken diamantmagnetometrie een veelbelovend instrument in het detecteren van magnetische ruis, gegenereerd door radicalen. Beeldvorming met magnetische resonantie (MRI) is één van de belangrijkste diagnostische technieken voor niet invasieve beeldvorming van weefsel en organen in het lichaam. Echter, de gevoeligheid van MRI is alleen voldoende om grote defecten in weefsel te detecteren, waardoor de toepassing beperkt is voor vroege diagnose van deze belangrijke ziekten.

Fluorescente nanodiamanten (FNDs) zijn veelbelovend om deze problemen te overwinnen. De nitrogen-vacancy centres (NV centres) binnen het rooster kunnen magnetische ruis omzetten in optische signalen. In haar proefschrift geeft Nie eerst een algemene introductie waarin de wetenschappelijke achtergrond is beschreven en meldt ze hiaten in het wetenschappelijk onderzoek. De detectie door kwantumsensoren van vrije radicalen door het gebruik van ingebouwde NV centres in diamanten zijn hier uitgelicht. Ook bespreekt ze het gebruik van diamanten als biosensoren. Om de productie van vrije radicalen te detecteren moet een diamant partikel heel dichtbij het doelgebied zijn. De mitochondriën zijn het doelgebied, aangezien hier in de meeste zoogdieren de grootste bijdrage plaatsvindt van het produceren van radicalen. Om de radicaalproductie in de mitochondriën te meten moet de diamant gehecht zijn aan het oppervlak van de mitochondriën. Hiervoor heeft Nie het oppervlak van de diamanten met antiVDAV2 antilichamen gecoat, om de diamanten vervolgens naar de mitochondriën te brengen in cellen of geïsoleerde mitochondriën. Door deze doelgerichte diamant partikels te gebruiken, is de radicaalproductie van de mitochondriën onderzocht, gevolgd door het aanwakkeren of remmen van de productie. Beide metingen zijn verricht op een enkele cel of geïsoleerde mitochondria en resultaten zijn hiervan bemachtigd.

Verder heeft Nie de reis van de diamant in een HeLa cel gevolgd. Hiervoor is gebruikgemaakt van pH-gevoelige, dextraan gecoate FNDs voor het visualiseren van de endocytose pathway. Verder is gebleken dat gecoate diamantpartikels significant beter door cellen worden opgenomen en de incubatietijd is gereduceerd tot 30 minuten. Verder is aangetoond dat nanodiamanten de cellen binnenkomen via endo-lysosoom blaasjes en uiteindelijk door de cellen worden verdreven. Vervolgens is diamantmagnetometrie toegepast in menselijke primaire cellen. De primaire cellen namen de diamanten gemakkelijk op. Diamanten zijn niet toxisch voor cellen, zelfs niet bij hoge concentraties (10ug/mL). Diamantpartikels zijn na 1 uur incubatie gevonden in de endo-fagosoom. Met de diamantpartikels in de fagosoom zijn superoxide radicalen geproduceerd door NADPH oxidase (NOX2) en gemeten door diamant magnetometrie. De studie uitgevoerd in deze thesis bewijst dat diamant magnetometrie een nuttig instrument is bij de detectie van vrije radicalen in biologische monsters.

CV Linyan Nie Linyan Nie (1992) deed haar promotieonderzoek aan de afdeling Biomedische Technologie aan de Rijksuniversiteit Groningen. Ze heeft een faculteitsfunctie aan een universiteit in China en ze zal werkzaam blijven in de academische wereld. De titel van haar proefschrift luidt: Fluorescent nanodiamonds quantum sensing free radicals in bio-samples.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/35512f6f-bbb7-40c4-aecc-6b268ea1b53d